Звездообразный поршневой четырёхтактный двигатель умеренной мощности

Введение. Двигатели с звездообразным расположением цилиндров имеют удовлетворительные массогабаритные характеристики, но применение кривошипно-шатунного преобразующего механизма (КШМ) с прицепными шатунами заметно усложняет конструкцию. Устранение остаточной неуравновешенности, обусловливающей виброактивность, связанной с использованием КШМ с прицепными шатунами в звездообразных двигателях, возможно с помощью применения конструкции механизма судового двигателя Пенкейк (Paroake). Цель исследования - проанализировать: нагружение звеньев механизма, подобного механизму Пенкейк (Pancake), силами, соответствующими четырёхтактному циклу; напряжённо-деформированное состояние обойм и кривошипных головок шатунов; уравновешенность и виброактивность двигателя. Методология и методы. Для расчётных исследований была создана твердотельная модель двигателя в среде программного продукта Autodesk Inventor Pro. В ходе симуляции движения КШМ при прокрутке коленчатого вала и при работе под действием газовых сил определялись значения виброперемещения, виброскорости и виброускорения опор двигателя. Для исследования напряжённо-деформированного состояния был применён метод конечных элементов. Результаты и научная новизна. Специалистами ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» разработаны проекты двигателей с искровым зажиганием 3Ч 3,9/3 и 3Ч 7,6/5 на базе серийных деталей одноцилиндрового четырёхтактного двигателя триммера той же размерности. Определены массово-инерционные характеристики звеньев. Значения удельных давлений на шейки и подшипники не превышают таковых для двигателей с обычным КШМ. Размеры и форма противовесов позволяют обеспечить расположение центра масс системы «коленчатый вал - шатунный подшипник - массы шатунов, приведённые к кривошипу, - обоймы» на оси вращения вала, вследствие чего на коренные подшипники не передаётся центробежная сила, развиваемая указанными массами. Установлено, что схема Пенкейк (Paroake) может успешно применяться в четырёхтактных двигателях с современными уровнями форсирования. Практическая значимость. Разработанные трёхцилиндровые двигатели могут представлять практический интерес для легкомоторной авиации, передвижных электрогенераторов, мотокомпрессоров, комбинированных энергоустановок автомобильного транспорта и прочих устройств (в том числе, специального назначения).

кривошипно-шатунный механизм, звездообразный двигатель, уравновешенность, напряжённо-деформированное состояние

1. Мищенко Н.И. Нетрадиционные малоразмерные двигатели внутреннего сгорания. Т. 1. Теория, разработка и испытания нетрадиционных двигателей внутреннего сгорания. - Донецк: Изд-во «Лебедь», 1998. - 228 с.

2. Pischinger S. FEV and Neander Motors AG showcasing double-crankshaft turbo-diesel outboard marine engine at SAE World Congress. URL: http:// www.greencarcongress.com/2014/04/20140404-neander. html (дата обращения 28.09.2018).

3. World’s first serial production diesel outboard with dual crankshaft. URL: https:// www.neander-shark.com/ wp-content/uploads/2018/09/flyer_hsbo_leaflet_final_ final.pdf (дата обращения: 18.10.2018).

4. General Motors / Electro motive 16/184 Diesel Engine. URL: https://oldmachinepress.com/2014/08/17/ general-motors-electro-motive-16-184-diesel-engine (дата обращения: 14.11.2018).

5. Ливенцев Ф.Л. Двигатели со сложными кинематическими схемами: кинематика, динамика и уравновешивание. - Л.: Машиностроение, 1973. - 176 с.

6. Яманин А.И. О расчёте критериев неуравновешенности поршневых двигателей / В кн.: Корабельная энергетика: из прошлого в будущее. Материалы Всероссийского межотраслевого научно-техн. форума. -СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2018. - С. 230-235.